近日，电子科技大学神经信息教育部重点实验室神经工程与神经数据团队在神经科学顶刊Cerebral Cortex在线发表题为’ Vascular feature as a modulator of the aging brain’的研究论文，该论文揭示了血管特征对脑功能连接和行为表现之间关系的重要性。生命科学与技术学院罗程教授为论文的通讯作者，课题组博士生李鹤纯为论文的第一作者，电子科技大学为论文的第一单位。
脑功能连接可以刻画脑功能的状态，以及预测行为表现。但脑功能连接会受到许多生理因素的影响，如血管状态等。目前，很少有研究探索血管状态对脑功能连接和认知表现关系的影响。在青年人中，无论是血管功能还是认知功能都具有丰富的功能储备，他们之间关联性变化应该不大，因此很难在健康年轻被试中探究血管状态对脑功能连接的影响。有学者发现，健康老年人的系统性微血管老化引起的脑功能改变可能会影响肾功能与认知功能的关系。健康老化是一种伴随着血管老化的临界状态，但又不是病理状态。因此，健康老化可能提供了一个合适的途径来探究血管状态对脑功能连接和认知表现之间关系的影响。
故本实验室在健康老化中探索了血管特征、脑功能特征、行为表现三者间的交互关系，以及血管特征对脑功能和行为表现关系的调节作用。此外，还利用观看电影任务来进一步探究在持续的自然刺激下，健康老化的脑功能连接模式的改变，以及血管特征对持续的自然刺激下脑连接和认知表现之间关系的调节作用。该研究利用功能连接梯度分析来刻画不同脑状态下的脑层级连接模式，使用脑血流（CBF）和肾髓质的氧合状态（MR2*，利用BOLD-fMRI采集肾脏BOLD图像，计算MR2*）分别来代表脑灌注和系统性微血管氧合状态来刻画血管特征，研究流程图如图1所示。
图 1 研究流程图
这是第一个利用脑功能、血管特征、行为表现三者之间的关系去探究功能连接的生理机制的研究。研究主要发现：
1）静息状态下，相比于青年人，老年组在初级感知觉运动系统和跨模态区域（DMN）表现出连接梯度的压缩（图2A）。观影状态下，老年组在这两个系统中发生了进一步的连接梯度的压缩（图2B），且这些连接梯度的压缩与其认知需求有关。
图 2 A.老年组和年轻组在静息态下功能连接梯度的对比；B.老年组中自然刺激状态与静息态下的功能连接梯度的变化。
2）老年组中系统性微血管氧合特征与认知评分显著相关（图3），系统性微血管氧合特征越差，认知功能越差。
图 3老年组中系统性微血管氧合特征和认知表现的关系
3）调节分析显示老年组系统性微血管氧合特征不仅能够调节脑功能和行为表现之间的关系，还能调节脑灌注与脑功能之间的关系，且脑灌注也能调节脑功能和行为表现之间的关系；而且在观影状态下，系统性微血管氧合特征和脑灌注能调节脑功能和行为表现的关系（图4）。
图 4静息状态和自然刺激状态下，血管特征对功能连接和认知表现之间关系的调节效应，以及系统性微血管氧合特征对脑灌注和脑功能特征之间关系的调节效应。虚线代表负向调节，实现代表正向调节
这些发现表明，血管特征不仅与脑功能有关，还与行为表现有关。且血管特征越差，认知功能越差。此外，本研究还进一步证实了血管特征可以调节脑连接和行为表现的关系。因此，血管特征在脑功能连接中起到了很重要的作用。本研究为理解脑功能连接的生理机制提供了一个新的角度，为研究血管健康相关的脑功能改变提供了新的证据，为研究血管特征、脑功能、行为表现间的耦合提供了一个新的研究框架。目前，本研究已在线发表在 Cerebral Cortex。
